(57)【要約】【課題】  マイクロ化学チップの種類毎に作製された温度調整ボードを取り替えるのみで、マイクロ化学チップの変更に対応できるようにした温度調整装置を提供する。【解決手段】  本発明のマイクロ化学チップ用温度制御装置は、マイクロ化学チップに形成された化学反応部に対応する位置に配設された温度制御素子２３と、マイクロ化学チップを所定の位置に配置するための位置決め用ガイド２２と、温度制御素子２３に電流を供給するための配線が配設された温度制御素子用コネクタ２５とを有する温度調整ボード２０を備えている。また、この温度調整ボード２０の上に載置されて位置決め用ガイド２２内に配置されたマイクロ化学チップを押圧するチップ押圧部材を備えている。さらに、温度制御素子２３に流す電流を制御する制御回路部と、一方の端部が温度制御素子用コネクタに接続されるとともに他方の端部が制御回路部に接続された本体側コネクタとを有する制御部を備えている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つ以上の化学反応部を基板内に備えたマイクロ化学チップの前記化学反応部の温度調整を行うことができるマイクロ化学チップ用温度制御装置であって、
前記化学反応部に対応する位置に配設された温度制御素子と、前記マイクロ化学チップを所定の位置に配置するための位置決め用ガイドと、前記温度制御素子に電流を供給するための配線が配設された温度制御素子用コネクタとを有する温度調整ボードと、
前記温度調整ボードの上に載置されて前記位置決め用ガイド内に配置された前記マイクロ化学チップを押圧するチップ押圧部材と、
前記温度制御素子に流す電流を制御する制御回路部と、一方の端部が前記温度制御素子用コネクタに接続されるとともに他方の端部が前記制御回路部に接続された本体側コネクタとを有する制御部とを備えたことを特徴とするマイクロ化学チップ用温度制御装置。
【請求項２】
前記温度調整ボードを収容する筐体とは別の筐体に前記制御部が収容されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ化学チップ用温度制御装置。
【請求項３】
前記温度調整ボードを載置するための放熱フィンを備えたベース部材と、前記放熱フィンを冷却するための電動ファンとを備えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ化学チップ用温度制御装置。
【請求項４】
前記温度調整ボードは当該温度調整ボードから発生した熱を放熱するための放熱フィンが当該温度調整ボードと一体的に形成されているとともに、前記放熱フィンを冷却するための電動ファンを備えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ化学チップ用温度制御装置。
【請求項５】
前記温度調整ボードに当該温度調整ボードから発生した熱を放熱するための放熱フィンが一体的に形成されているとともに、該放熱フィンの下部に前記放熱フィンを冷却するための電動ファンが当該温度調整ボードと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ化学チップ用温度制御装置。
【請求項６】
前記マイクロ化学チップの前記化学反応部を押圧するための弾性体を有する突起部が設けられた反応部押圧部材を前記チップ押圧部材の内部に備えるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のマイクロ化学チップ用温度制御装置。
【請求項７】
前記化学反応部に対応する位置に配設された温度制御素子と、前記マイクロ化学チップを所定の位置に配置するための位置決め用ガイドと、前記温度制御素子に電流を供給するための配線が配設された温度制御素子用コネクタとを備えた第２の温度調整ボードを前記チップ押圧部材の内部にも備えるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のマイクロ化学チップ用温度制御装置。
【請求項８】
前記温度制御素子の温度を測定するための温度センサが埋設された熱伝導体を当該温度制御素子の上部に備えるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のマイクロ化学チップ用温度制御装置。
【請求項９】
前記温度制御素子は熱電モジュールであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のマイクロ化学チップ用温度制御装置。
【請求項１０】
前記温度制御素子のうち、一部はヒータであることを特徴とする請求項９に記載のマイクロ化学チップ用温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスや石英やプラスチックなどからなる基板に、少なくとも１つ以上の化学反応部を備えたマイクロ化学チップに係り、特に、マイクロ化学チップの化学反応部の温度調整を行うことができるマイクロ化学チップ用温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、試料に対する反応や試料の分析などを微小な領域で行うための研究が行われており、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて化学反応や生化学反応、試料の分析などのシステムを小型化したマイクロ化学システムが開発されるようになった。このようなマイクロ化学システムにおける反応や分析は、マイクロ化学チップと呼ばれるチップを用いて行われる。これらのマイクロ化学チップにおいては、従来のシステムに比べ、機器や手法が微細化されているので、試料の単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減することができるという利点がある。また、流量の精密な制御が可能となるので、反応や分析を効率的に行うことができるという利点がある。さらに、反応や分析に必要な試料や試薬の量を少なくすることができるという利点がある。
【０００３】
ところで、この種のマイクロ化学チップにおいて、チップ上またはチップ内部で化学プロセスを生じる部分は化学反応部と呼ばれる。そして、化学反応部で生じる化学的変化には、例えば、混合、反応、抽出、分離、濃縮などの様々な化学プロセスがある。このような化学プロセスに対応して、例えば、反応速度を高めたり、安定化させたり、活性化させたり、反応効率を上げたり、するためには化学反応部を最適な温度に調整する必要がある。このようなマイクロ化学チップの温度調整を目的として、例えば、特許文献１（国際公開第ＷＯ００／４８７２４号パンフレット）が開示されている。この特許文献１に開示されたものは、マイクロ化学チップに化学反応部を有し、化学反応部の下部に熱電素子を接合している。そして、熱電素子によって化学反応部を加熱、冷却、あるいは温度調整して、化学反応部での反応を制御するようにしている。
【０００４】
ところが、上述した特許文献１に開示されたものにおいては、熱電素子をマイクロ化学チップに接合固定しているために、異なった場所（化学反応部）を温度調整するためには、別の熱電素子を接合し直す必要があった。つまり、温度調整を必要とする化学反応部の位置が異なる毎に熱電素子の接合部分の構造を変える必要がある。このため、様々なマイクロ化学チップの様々な化学反応部の位置にフレキシブルに対応して自由に温度調整することが、特に、温度調整装置を実際に行うユーザー側ではできないという問題があった。
【０００５】
そこで、ユーザー側でも自由に温度調整する位置が変えられ、様々な温度調整対象部材（例えばマイクロ化学チップ）の様々な温度調整部分（例えば化学反応部）の位置にフレキシブルに対応して、自由に温度調整することができるマイクロ化学チップ用温度調整装置が特許文献２（特開２００５−１１４２９８号公報）にて提案されるようになった。この特許文献２にて提案された温度調整装置においては、熱電素子と温度センサーとを有する温度調整手段と、温度センサーで測定した温度により熱電素子に流す電流を制御して温度調整手段の一端の温度を調整する温度制御手段と、熱交換手段と、温度調整手段の他端と熱交換手段とを熱伝導良く接続し熱交換手段に対して温度調整手段を任意の位置に移動し固定する移動固定手段とを有するようにしている。
【０００６】
この場合、移動固定手段を設けることによって、ナットおよび固定ネジの調整を行い、温度調整手段の位置を自由に移動して、固定できる構造となるようにしている。これにより、温度調整装置のユーザー側でも自由に温度調整する位置を変えられ、マイクロ化学チップのような様々な温度調整対象部材の様々な温度調整部分の位置にフレキシブルに対応して、ユーザーが自由に任意の位置の温度調整をすることができる。このため、１つの温度調整装置で様々な温度調整対象部材の温度調整が可能となり、汎用性に優れ、コスト的にも有利となる。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ００／４８７２４号パンフレット
【特許文献２】特開２００５−１１４２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のようにして形成された温度調整装置においては、ナットおよび固定ネジの調整により、温度調整手段の位置を自由に移動し、固定できるようにしているため、マイクロ化学チップの種類が代わる毎に、温度調整手段の位置を変更させる必要がある。このため、温度調整手段の位置を変更させる作業が面倒で、長時間を要し、作業効率が極めて悪いという問題を生じた。
【０００８】
そこで、本発明は上記の如き問題点を解決するためになされたものであって、温度調整手段の位置を変更させることなく、マイクロ化学チップの種類毎に作製された温度調整ボードを取り替えるのみで、マイクロ化学チップの変更に対応できるようにしたマイクロ化学チップ用温度調整装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のマイクロ化学チップ用温度制御装置は、マイクロ化学チップに形成された化学反応部に対応する位置に配設された温度制御素子と、マイクロ化学チップを所定の位置に配置するための位置決め用ガイドと、温度制御素子に電流を供給するための配線が配設された温度制御素子用コネクタとを有する温度調整ボードを備えている。また、この温度調整ボードの上に載置されて位置決め用ガイド内に配置されたマイクロ化学チップを押圧するチップ押圧部材を備えている。さらに、温度制御素子に流す電流を制御する制御回路部と、一方の端部が温度制御素子用コネクタに接続されるとともに他方の端部が制御回路部に接続された本体側コネクタとを有する制御部を備えている。
【００１０】
このように、温度調整ボードにマイクロ化学チップに形成された化学反応部に対応する位置に温度制御素子が配設されているとともに、温度制御素子に流す電流を制御する制御回路部が設けられているので、化学反応部の温度を自由に調整することが可能となる。これにより、使用するマイクロ化学チップに合わせて温度制御素子が配置された温度調整ボードを取り替えるだけで、温度制御装置に変更を加えることなく、そまま使用してもマイクロ化学チップの変更に対応できるようになる。ここで、チップ押圧部材により温度調整ボードの上に載置されたマイクロ化学チップを押圧するようになされているので、マイクロ化学チップの化学反応部と温度制御素子との密着性が向上して、化学反応部の温度を精度よく調整することが可能となる。
【００１１】
この場合、温度調整ボードを収容する筐体とは別の筐体に制御部が収容するようにすると、制御装置を小形化することが可能になるとともに、制御装置の設置位置の自由度や、制御部の配置位置の自由度が増すようになるから好ましい。また、温度制御素子の一方の端部を冷却側としたり発熱側としたりして温度調整を行うためには、温度制御素子の他方の端部で十分に熱交換できるようにする必要がある。このため、温度調整ボードを温度制御装置内の所定の位置に配置するための放熱フィンを備えたベース部材と、放熱フィンを冷却するための電動ファンを温度制御装置内の所定の位置に備えるようにするのが望ましい。また、温度調整ボードは当該温度調整ボードから発生した熱を放熱するための放熱フィンが当該温度調整ボードと一体的に形成されていて温度制御装置内の所定の位置に配置されているとともに、放熱フィンを冷却するための電動ファンを温度制御装置本体内の所定の位置に備えるようにしてもよい。
【００１２】
あるいは、温度調整ボードに当該温度調整ボードから発生した熱を放熱するための放熱フィンが一体的に形成されているとともに、該放熱フィンの下部に放熱フィンを冷却するための電動ファンが当該温度調整ボードと一体的に形成されていて、温度制御装置内の所定の位置に備えるようにようにしてもよい。
また、マイクロ化学チップの化学反応部を押圧するための弾性体を有する突起部が設けられた反応部押圧部材をチップ押圧部材の内部に備えるようにすると、化学反応部は熱電モジュールにより密着されるようになる。これにより、マイクロ化学チップが傷つけられるのが防止できるとともに、押さえ高さのズレも防止でき、より精度良く化学反応部を温度制御することが可能になる。
【００１３】
さらに、チップ押圧部材の内部にも第２の温度調整ボードを備えるようにすると、マイクロ化学チップの下部に配置された温度調整ボード（第１の温度調整ボード）と、マイクロ化学チップの上部に配置された第２の温度調整ボードとにより化学反応部が温度制御されるようになる。これにより、化学反応部は上下に配置された熱電モジュールにより上下から温度制御されることとなるため、正確な温度制御が可能となる。
なお、温度制御素子の温度を測定するための温度センサが埋設された熱伝導体を当該温度制御素子の上部に備えるようにするのが好ましい。また、温度制御素子は熱電モジュールであるのが好ましい。さらに、温度制御素子のうち、一部はヒータであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明のマイクロ化学チップ用温度制御装置の実施の形態を図に基づいて説明するが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１５】
１．実施例１
以下に、本発明の実施例１のマイクロ化学チップ用温度制御装置を図１〜図５に基づいて説明する。なお、図１は実施例１のマイクロ化学チップ用温度制御装置の全体構成を模式的に示す図である。図２は、図１の温度制御装置にマイクロ化学チップを装着した状態を模式的に示す図である。図３は図１の温度制御装置に用いられる温度調整ボードを模式的に示す図であり、図３（ａ）はその全体構成を模式的に示す上面図であり、図３（ｂ）はその要部を模式的に示す側面図である。図４は、図３の温度調整ボードに用いられる熱電モジュールを模式的に示す断面図である。図５は、図３の温度調整ボードにマイクロ化学チップを搭載した状態を示す上面図である。
【００１６】
本実施例１のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ａは、図１に示すように、制御装置本体１０と、この制御装置本体１０内に収容された温度調整ボード２０とから構成され、温度調整ボード２０の上に配置されたマイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）が所定の温度に調整されるようになされている。制御装置本体１０は、ケース１１と、このケース１１を覆うチップ押圧部材１２と、温度調整ボード２０を載置するとともにヒートシンクとなる載置台１３と、この載置台１３を冷却する電動ファン１４と、温度調整ボード２０に配設された熱電モジュールを制御する制御部１５とから構成され、これらの載置台１３と電動ファン１４と制御部１５とがケース１１内の所定の位置に配置されている。
【００１７】
ここで、ケース１１を覆うチップ押圧部材１２は、温度調整ボード２０の上に搭載されたマイクロ化学チップ３０を押圧して、温度調整ボード２０に配設された熱電モジュール２３およびその上部に配置された熱伝導体２４とマイクロ化学チップ３０との接触が良好になるようにするのが望ましい。このため、チップ押圧部材１２にバネ構造を採用したり、あるいはチップ押圧部材１２を弾性体により形成するのが好ましい。また、マイクロ化学チップ３０の温度分布に大きな影響を与えないようにするために、チップ押圧部材１２の材質としては熱伝導率の小さなもの（例えば、発泡ウレタン、ニトリルゴム、ガラスなど）を用いるのが望ましい。
この場合、チップ押圧部材１２はマイクロ化学チップ３０を押圧する役目を果たすならどのような構造のものでも良く、マイクロ化学チップ３０全体を覆うようにしてもよいし、その一部を覆うような構造のものであってもよい。さらに、マイクロ化学チップ３０を上から覆う形でなくても、例えば、マイクロ化学チップ３０を吸引器で吸引するようにしてマイクロ化学チップ３０を熱伝導体２４に押さえ付ける（押圧する）ようにしてもよい。
【００１８】
載置台１３は温度調整ボード２０のヒートシンクとなるために、熱伝導性が良好なアルミニウムあるいはアルミニウム合金により形成されており、その放熱性（廃熱性）を良好にするために下部に多数の放熱フィン１３ａが形成されている。この場合、一層の放熱性（廃熱性）を良好にするために、放熱フィン１３ａの真下に電動ファン１４，１４を配置するのが望ましい。また、載置台１３と温度調整ボード２０との間にヒートシートやグリスを介在させて、この間の熱抵抗を下げる工夫をしてもよい。
【００１９】
制御部１５は、制御回路部１５ａと、表示部１５ｂと、操作部１５ｃと、電源部１５ｄと、本体側コネクタ１５ｅとから構成される。そして、制御回路部１５ａは、後述する温度調整ボード２０の熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）の上に配設された熱伝導体２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）内に埋め込まれた個々の温度センサ（図示せず）からの出力信号に基づいて、個々の熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）の温度が予め設定された温度になるように個々の熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）に流す電流の向きや電流量の制御（この場合は、フィードバック制御で、例えば、温度調整を行う際に一般的に用いられるＰＩＤ制御が行われる）を行うようになされている。このような制御を行うことよって、測定温度が設定温度に対して所定の温度範囲（例えば、±０．１℃）に収まるようになされている。
【００２０】
表示部１５ｂは制御回路部１５ａに接続されていて、リアルタイムでの測定温度と設定温度とを表示するようになされている。操作部１５ｃは温度調整ボード２０に配設された各熱電モジュール２３の設定温度を独立して設定したり、変更できるようになされており、このための操作つまみが配設されている。電源部１５ｄは外部より供給された商用電源電圧を所望の直流電圧などに変換して、制御回路部１５ａに供給するようになされている。本体側コネクタ１５ｅは、後述する温度調整ボード２０に配設された温度制御素子用コネクタ２５に接続されるようになされている。
【００２１】
温度調整ボード２０は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、アルミニウム（あるいはアルミニウム合金）製の基板２１より突出して形成された複数の位置決め用ガイド２２と、これらの複数の位置決め用ガイド２２の領域内に配設された熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）と、これらの熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）が発生した熱（温熱もしくは冷熱）をマイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）に速やかに伝達するためにその上部に配設された、例えば、銅、アルミニウムなどからなる熱伝導体２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）と、熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）に接続された配線２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ）や後述する温度センサに接続された配線２７（２７ａ，２７ｂ，２７ｃ）と、これらの配線２６，２７に接続されて基板２１上に配設された温度制御素子用コネクタ２５とから構成される。
なお、位置決め用ガイドはマイクロ化学チップ３０を容易に位置合わせできる構造のものであれば、突出した構造に限らず、どのような構造のものでも良く、例えば、マイクロ化学チップ３０を凹部に嵌め込むようにしたものが考えられる。あるいは、マイクロ化学チップ３０と温度調整ボード２０にマーカーを設けておき、それらのマーカーを目視により重ね合わせて位置決めする方法も考えられる。
【００２２】
そして、温度調整ボード２０には、載置台１３に温度調整ボード２０を取り付けるための複数の取り付け穴２８が基板２１の四隅に形成されている。なお、熱伝導体２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）の表面にマイクロ化学チップ３０との接触を良好にするためのヒートシートを貼り付けるようにしてもよい。また、熱伝導体２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）とマイクロ化学チップ３０との間にグリスを介在させて、この間の熱抵抗を下げる工夫をしてもよい。
【００２３】
この場合、各熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）の配置位置は使用されるマイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）の位置に一致するように位置決めされている。また、熱伝導体２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）内には各熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）の温度を個々に正確に測定するための温度センサ（図示せず：例えば、サーミスタ、白金測温抵抗体、熱電対など）が埋め込まれている。そして、これらの温度センサ（図示せず）は各々配線２７（２７ａ，２７ｂ，２７ｃ）のいずれかに接続され、これらの配線２７（２７ａ，２７ｂ，２７ｃ）は温度制御素子用コネクタ２５の信号用端子のいずれかに接続されるようになされている。
【００２４】
また、熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）は各々配線２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ）のいずれかに接続され、これらの配線２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ）は温度制御素子用コネクタ２５の電源用端子のいずれかに接続されるようになされている。なお、基板２１上への熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）の接合、および熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）上への熱伝導体２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）の接合は、接着剤（例えば、フィラー入りエポキシ接着剤やシリコーン系接着剤が好ましい）を用いてもよいし、ハンダを用いてもよい。
【００２５】
熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）は、図４（なお、図４においては熱電モジュール２３ａについて示しているが、他の熱電モジュール２３ｂ，２３ｃも同様である）に示すように、上基板２３ａ−１に形成された電極パターン（導電層）２３ａ−２と、下基板２３ａ−３に形成された電極パターン（導電層）２３ａ−４との間に、多数のペルチェ素子が電気的に直列接続されて形成されたものである。なお、ペルチェ素子は、Ｐ型半導体化合物素子２３ａ−５とＮ型半導体化合物素子２３ａ−６とからなるものであり、これらがＰ，Ｎ，Ｐ，Ｎの順に電気的に直列に接続されるように、上基板２３ａ−１の電極パターン２３ａ−２あるいは下基板２３ａ−３の電極パターン２３ａ−４に、ＳｎＳｂ合金またはＳｎＡｇＣｕ合金やＡｕＳｎ合金からなる半田により半田付けされて形成されたものである。
【００２６】
なお、電極パターン２３ａ−２および電極パターン２３ａ−４の一方は発熱側となり、他端は冷却側となる。そして、Ｐ型半導体化合物素子２３ａ−５とＮ型半導体化合物素子２３ａ−６の直列接続体に流す電流の向きを変えることによって、電極パターン２３ａ−２および電極パターン２３ａ−４のいずれもが発熱側または冷却側になり得る。また、上基板２３ａ−１および下基板２３ａ−３は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミック材により構成されており、この基板上２３ａ−１（２３ａ−３）に、銅（Ｃｕ）メッキのエッチングにより電極パターン２３ａ−２（２３ａ−４）が形成されている。この場合、銅（Ｃｕ）メッキの上に更にニッケル（Ｎｉ）メッキを形成しておくのが好ましい。また、ニッケル（Ｎｉ）メッキ上に更に金（Ａｕ）メッキを形成しておいてもよい。
【００２７】
そして、熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）の一方の端部を冷却側としたり発熱側としたりして温度調整を行うためには、熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）の他方の端部で十分に熱交換できるようにする必要がある。このため、温度調整ボード２０は、ヒートシンクとなる載置台１３の上に搭載されるようになされており、この載置台１３の下部に多数の放熱フィン１３ａが形成され、さらに、放熱フィン１３ａの下部に電動ファン１４が配置されるようになされている。そして、熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）の一方の端部（化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）に近い面）の温度を上述したようにして一定温度に保つ場合、プラスマイナス０．１℃程度の精度で調整することができるので、化学反応部３２，３３，３４の温度を十分に高い精度で調整することができる。
【００２８】
本実施例１で用いられる熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）の大きさは、数ｍｍ角程度、例えば１〜３ｍｍ角程度である。１〜３ｍｍ角程度の大きさの熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）を用いることにより、マイクロ化学チップ３０の化学反応部３２，３３，３４を局所的に加熱したり、冷却することができ、それによって局所的に温度調整を行うことができることとなる。
【００２９】
ここで、この温度調整ボード２０に取り付けられるマイクロ化学チップ３０は、例えば、ガラス、樹脂、シリコン、セラミックス、半導体または金属などの材料で構成されたチップ基板３１を備えており、図５に示すように、チップ基板３１に微細な化学反応部３２，３３，３４や流路３５が形成されている。これらの化学反応部３２，３３，３４や流路３５は、例えば、機械加工、化学的エッチング、リソグラフィなどの微細加工法によって、チップ基板３１の内部（あるいは上部）に作り込まれている。そして、化学反応部３２，３３，３４や流路３５において、貯蔵、搬送、混合、反応、抽出、分離、濃縮、回収などの各種化学プロセスが行われるため、最適な温度条件が必要となる。また、マイクロ化学チップ３０には試薬投入口（図示せず）や試薬排出口（図示せず）などがあってもよい。
【００３０】
ついで、上述のように構成された本実施例１のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ａの動作について、以下に説明する。まず、図３に示す温度調整ボード２０を用意する。ついで、図１に示すように、温度調整ボード２０を制御装置本体１０内に設けられた載置台１３の上に配置する。この場合、温度調整ボード２０の基板２１の四隅に形成された取り付け穴２８にねじを挿入して、温度調整ボード２０を載置台１３の所定の位置に固定するようにしている。ついで、温度調整ボード２０に設けられた温度制御素子用コネクタ２５と本体側コネクタ１５ｅとを接続した後、位置決め用ガイド２２の領域内にマイクロ化学チップ３０を配置する。
【００３１】
ついで、ケース１１の上にチップ押圧部材１２を被せて、温度調整ボード２０の上に搭載されたマイクロ化学チップ３０を押圧し、温度調整ボード２０に配設された熱電モジュール２３およびその上部に配置された熱伝導体２４にマイクロ化学チップ３０を密着させる。ついで、電源部１５ｄを操作して電源を投入するとともに、操作部１５ｃを操作して設定温度を調整する。これにより、熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）に操作部１５ｃでの設定値に基づく電流が流れるようになって、マイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）を加熱したり冷却することにより、化学反応部の温度を一定に調整することが可能となる。なお、制御回路部１５ａにパーソナルコンピュータを接続するようにして、化学反応部の温度を多段の温度パターンに調整するようにしてもよい。
【００３２】
上述したように、本実施例１のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ａにおいては、温度調整ボード２０を取り替えることにより、種々のマイクロ化学チップに対応したマイクロ化学チップ用温度制御装置を構成することが可能となる。即ち、制御装置本体１０はそのままで、別の種類のマイクロ化学チップを使用する場合は、そのマイクロ化学チップ専用の温度調整ボードを用いるようにすればよい。ここで、その具体例として、上述した実施例１の温度調整ボードを変形した変形例１の温度調整ボード、変形例２の温度調整ボードおよび変形例３を図６〜図１０に基づいて以下に説明する。
【００３３】
なお、図６は実施例１の変形例１のマイクロ化学チップを模式的に示す上面図である。図７は、図６のマイクロ化学チップを搭載する実施例１の変形例１の温度調整ボードの全体構成を模式的に示す図である。図８は実施例１の変形例２のマイクロ化学チップを模式的に示す上面図である。図９は、図８のマイクロ化学チップを搭載する実施例１の変形例２の温度調整ボードの全体構成を模式的に示す図である。図１０は実施例１の変形例３のマイクロ化学チップを模式的に示す上面図である。
【００３４】
〈変形例１〉
本変形例１においては、図６に示すようなマイクロ化学チップ３０ａに適した温度制御装置とするために、図７に示すような温度調整ボード４０を用いるようにした点に特徴を有する。この場合、マイクロ化学チップ３０ａは、図６に示すように、チップ基板３１ａに化学反応部３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａや流路３６ａが形成されている。そして、温度調整ボード４０においては、位置決め用ガイド４２の領域内で、化学反応部３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａに対応する位置に熱電モジュール４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが設けられている。なお、各熱電モジュール４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄの上には、それぞれ温度センサが埋設された熱伝導体４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄが形成されている。
【００３５】
この場合、熱伝導体４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ内に埋設された温度センサ（図示せず：例えば、サーミスタ、白金測温抵抗体、熱電対など）は各々配線４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄのいずれかに接続され、これらの配線４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄは温度制御素子用コネクタ４５の信号用端子のいずれかに接続されるようになされている。また、熱電モジュール４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは各々配線４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄのいずれかに接続され、これらの配線４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは温度制御素子用コネクタ４５の電源用端子のいずれかに接続されるようになされている。
【００３６】
〈変形例２〉
本変形例２においては、図８に示すようなマイクロ化学チップ３０ｂに適した温度制御装置とするために、図９に示すような温度調整ボード５０を用いるようにした点に特徴を有する。この場合、マイクロ化学チップ３０ｂは、図８に示すように、チップ基板３１ｂに化学反応部３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ，３５ｂや流路３６ｂが形成されている。そして、温度調整ボード５０においては、位置決め用ガイド５２の領域内で、化学反応部３２ｂ，３３ｂ，３５ｂに対応する位置に熱電モジュール５３ａ，５３ｂ，５３ｄが設けられている。また、化学反応部３４ｂに対応する位置にヒータ５３ｃが設けられている。なお、各熱電モジュール５３ａ，５３ｂ，５３ｄおよびヒータ５３ｃの上には、それぞれ温度センサが埋設された熱伝導体５４ａ，５４ｂ，５４ｄおよび５４ｃが形成されている。
【００３７】
この場合、熱伝導体５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ内に埋設された温度センサ（図示せず：例えば、サーミスタ、白金測温抵抗体、熱電対など）は各々配線５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄのいずれかに接続され、これらの配線５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄは温度制御素子用コネクタ５５の信号用端子のいずれかに接続されるようになされている。また、熱電モジュール５３ａ，５３ｂ，５３ｄは各々配線５６ａ，５６ｂ，５６ｄのいずれかに接続され、これらの配線５６ａ，５６ｂ，５６ｄは温度制御素子用コネクタ５５の電源用端子のいずれかに接続されるようになされている。また、ヒータ５３ｃは配線５６ｃに接続され、この配線５６ｃは温度制御素子用コネクタ５５の電源用端子に接続されるようになされている。
【００３８】
〈変形例３〉
本変形例３においては、上述した変形例１と同じように、図７に示すような温度調整ボード４０を用いるが、図１０に示すようなマイクロ化学チップ３０ｃに適した温度制御装置となっている。即ち、図１０に示すように、チップ基板３１ｃに化学反応部３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ，３５ｃが形成されているが、流路は形成されていない。この場合、各熱電モジュールと化学反応部３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ，３５ｃとの位置関係、および温度センサ、配線の構成等については上述した変形例１と同様であるので、その説明は省略する。この変形例３においては、独立した複数の化学反応部３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ，３５ｃを備え、それぞれ独立して温度制御できるため、例えば、同一の検体と同一の試薬を用いて異なる温度条件で評価する実験に用いることができる。
【００３９】
２．実施例２
以下に、実施例２のマイクロ化学チップ用温度制御装置を図１１〜図１４に基づいて説明する。なお、図１１は実施例２のマイクロ化学チップ用温度制御装置に用いる温度調整ボードを模式的に示す図であり、図１１（ａ）はその全体構成を模式的に示す上面図であり、図１１（ｂ）はその要部を模式的に示す側面図である。図１２は、図１１の温度調整ボードにマイクロ化学チップを載置した状態を示す上面図である。図１３は温度調整ボードが未装着状態の実施例２のマイクロ化学チップ用温度制御装置を模式的に示す図である。図１４は、図１３のマイクロ化学チップ用温度制御装置にマイクロ化学チップが搭載された温度調整ボードが装着された状態を模式的に示す図である。なお、図１３および図１４において、図１および図２と同一符号は同一名称を表すので、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
本実施例２のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｂにおいては、温度調整ボードとこの温度調整ボードのヒートシンクとなる載置台とを一体的に形成したことを特徴とする。ここで、本実施例２のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｂに用いられる温度調整ボード６０は、図１１および図１２に示すように、温度調整ボードとヒートシンクとなる載置台とが一体的となるように、アルミニウム（あるいはアルミニウム合金）製の基板６１の厚み方向の下部には多数の放熱フィン６１ａが形成されている。また、基板６１の上面には複数の位置決め用ガイド６２が基板６１より突出して形成されている。なお、基板６１に形成された放熱フィン６１ａの下部に電動ファン１４が位置するように配置される。
【００４１】
そして、複数の位置決め用ガイド６２の領域内に熱電モジュール６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）が設けられており、これらの熱電モジュール６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）が発生した熱（温熱もしくは冷熱）をマイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図１２の符号３２，３３，３４参照）に速やかに伝達するための熱伝導体６４（６４ａ，６４ｂ，６４ｃ）がそれらの上部に配設されている。なお、温度調整ボード６０には、温度制御装置本体１０に温度調整ボード６０を取り付けるための複数の取り付け穴６８が基板６１の四隅に形成されている。
【００４２】
この場合、各熱電モジュール６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）の配置位置は使用されるマイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図１２の符号３２，３３，３４参照）の位置に一致するように位置決めされている。また、熱伝導体６４（６４ａ，６４ｂ，６４ｃ）内には各熱電モジュール６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）の温度を個々に正確に測定するための温度センサ（図示せず：例えば、サーミスタ、白金測温抵抗体、熱電対など）が埋め込まれている。そして、これらの温度センサ（図示せず）は各々配線６７（６７ａ，６７ｂ，６７ｃ）のいずれかに接続され、これらの配線６７（６７ａ，６７ｂ，６７ｃ）は温度制御素子用コネクタ６５の信号用端子のいずれかに接続されるようになされている。
【００４３】
また、熱電モジュール６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）は各々配線６６（６６ａ，６６ｂ，６６ｃ）のいずれかに接続され、これらの配線６６（６６ａ，６６ｂ，６６ｃ）は温度制御素子用コネクタ６５の電源用端子のいずれかに接続されるようになされている。なお、基板６１上への熱電モジュール６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）の接合、および熱電モジュール６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）上への熱伝導体６４（６４ａ，６４ｂ，６４ｃ）の接合は、接着剤（この場合は熱伝導性が良好な接着剤、例えば、フィラー入りエポキシ接着剤やシリコーン系接着剤が好ましい）を用いてもよいし、ハンダを用いてもよい。
【００４４】
本実施例２のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｂに用いられる温度調整ボード６０においては、ボードとヒートシンクとが一体化され、かつヒートシンクに放熱フィンが設けられているため、部材コストが高価となるが、反面、ボードとヒートシンクとが一体化されているので排熱効率が向上して、正確な温度調整を行うことが可能となる。また、排熱量に応じて放熱フィンの設計を変更できるので、熱設計の柔軟性が向上することとなる。即ち、排熱量が多い場合は、放熱フィンの羽の長さを長くしたり、枚数を多くして、単位面積当たりの排熱量を増加させ、逆に、排熱量が少ない場合は、放熱フィンの羽の長さを短くしたり、枚数を少なくして、単位面積当たりの排熱量を減少させるようにすればよい。
【００４５】
３．実施例３
以下に、実施例３のマイクロ化学チップ用温度制御装置を図１５〜図１７に基づいて説明する。なお、図１５は実施例３のマイクロ化学チップ用温度制御装置に用いる温度調整ボードを模式的に示す図であり、図１５（ａ）はその全体構成を模式的に示す上面図であり、図１５（ｂ）はその要部を模式的に示す側面図である。図１６は温度調整ボードが未装着状態の実施例３のマイクロ化学チップ用温度制御装置を模式的に示す図である。図１７は、図１６のマイクロ化学チップ用温度制御装置にマイクロ化学チップが搭載された温度調整ボードが装着された状態を模式的に示す図である。なお、図１６および図１７において、図１および図２と同一符号は同一名称を表すので、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
本実施例３のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｃにおいては、温度調整ボードとこの温度調整ボードのヒートシンクとなる載置台と電動ファンとを一体的に形成したことを特徴とする。ここで、本実施例３のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｃに用いられる温度調整ボード７０は、図１５に示すように、温度調整ボードとヒートシンクとなる載置台とが一体的となるように、アルミニウム（あるいはアルミニウム合金）製の基板７１の厚み方向の下部には多数の放熱フィン７１ａが形成されており、さらに放熱フィン７１ａの下部に電動ファン７１ｂが形成されており、これらが一体的に配置されている。また、基板７１の上面には複数の位置決め用ガイド７２が基板７１より突出して形成されている。
【００４７】
そして、複数の位置決め用ガイド７２の領域内に熱電モジュール７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）が設けられており、これらの熱電モジュール７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）が発生した熱（温熱もしくは冷熱）をマイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）に速やかに伝達するための熱伝導体７４（７４ａ，７４ｂ，７４ｃ）がそれらの上部に配設されている。なお、温度調整ボード７０には、温度制御装置本体１０に温度調整ボード７０を取り付けるための複数の取り付け穴７８が基板７１の四隅に形成されている。
【００４８】
この場合、各熱電モジュール７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）の配置位置は使用されるマイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）の位置に一致するように位置決めされている。また、熱伝導体７４（７４ａ，７４ｂ，７４ｃ）内には各熱電モジュール７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）の温度を個々に正確に測定するための温度センサ（図示せず：例えば、サーミスタ、白金測温抵抗体、熱電対など）が埋め込まれている。そして、これらの温度センサ（図示せず）は各々配線７７（７７ａ，７７ｂ，７７ｃ）のいずれかに接続され、これらの配線７７（７７ａ，７７ｂ，７７ｃ）配線は温度制御素子用コネクタ７５の信号用端子のいずれかに接続されるようになされている。
【００４９】
また、熱電モジュール７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）は各々配線７６（７６ａ，７６ｂ，７６ｃ）のいずれかに接続され、これらの配線７６（７６ａ，７６ｂ，７６ｃ）は温度制御素子用コネクタ７５の電源用端子のいずれかに接続されるようになされている。なお、基板７１上への熱電モジュール７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）の接合、および熱電モジュール７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）上への熱伝導体７４（７４ａ，７４ｂ，７４ｃ）の接合は、接着剤（この場合は熱伝導性が良好な接着剤、例えば、フィラー入りエポキシ接着剤やシリコーン系接着剤が好ましい）を用いてもよいし、ハンダを用いてもよい。
【００５０】
本実施例３のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｃに用いられる温度調整ボード７０においては、ボードとヒートシンクとが一体化されているとともにヒートシンクに放熱フィン７１ａが設けられており、かつその下部に電動ファン７１ｂが一体的に形成されているため、部材コストが高価となる。反面、電動ファンまでも変更することが可能となるので、熱設計の柔軟性がさらに向上することとなる。即ち、排熱量が大きい場合は、電動ファンの送風容量が大きいものを選択し、逆に、排熱量が小さい場合は、電動ファンの送風容量が小さいものを選択すればよい。
【００５１】
なお、上述した各実施例１〜３においては、温度調整ボード２０（６０，７０）に設けられた温度制御素子用コネクタ２５（６５，７５）の電源端子部に電動ファン１４（７１ｂ）の電源用配線を接続するようにし、これを制御装置本体１０に設けられたコネクタ１５ｅに接続する例について説明した。ところが、電動ファン１４（７１ｂ）の電源用配線が接続されたコネクタ１４ａ（７１ｃ）を別途設けるとともに、制御装置本体１０にも電動ファン用のコネクタ１５ｆを別途設けるようにしてこれらを接続するようにすれば、図１８に示すような制御装置本体１０を用いて、図１９〜図２１に示すように、上述した実施例１〜３の３通りの取り替えが可能となる。
【００５２】
ここで、実施例１の温度調整ボードを用いる場合は、図１８の温度制御装置本体に、図１９に示すように下部に多数の放熱フィン１３ａが形成された載置台１３を設けるとともに、放熱フィン１３ａの下部に電動ファン１４を配置し、電動ファン用のコネクタ１４ａ，１５ｆ同士を接続してマイクロ化学チップ用温度制御装置Ａ’とすればよい。また、実施例２の温度調整ボードを用いる場合は、図１８の温度制御装置本体に、図２０に示すように電動ファン１４を配置し、電動ファン用のコネクタ１４ａ，１５ｆ同士を接続してマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｂ’とすればよい。
【００５３】
さらに、実施例３の温度調整ボードを用いる場合は、図１８の温度制御装置本体内で、図２１に示すように電動ファン用のコネクタ１４ａ，７１ｃ同士を接続してマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｃ’とすればよい。また、上述した各実施例１〜３においては、ヒートシンクに設けられた放熱フィンと、その下部に設けられた電動ファンとにより温度調整ボードの排熱を行うようにしたが、これらに代えて、図２２に示すように、水冷ポンプ８１と水冷パイプ８２からなる水冷システム８０により温度調整ボード２０を排熱するようにしたマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｄとしてもよい。
【００５４】
４．実施例４
上述した各実施例および変形例においては、ケース１１を覆うチップ押圧部材１２は、温度調整ボード２０（４０，５０，６０，７０）の上に載置されたマイクロ化学チップ３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）を押圧して、温度調整ボード２０（４０，５０，６０，７０）に配設された熱電モジュール２３（６３，７３）およびその上部に配置された熱伝導体２４（６４，７４）とマイクロ化学チップ３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）との接触が良好になるようになされている。
ところが、チップ押圧部材１２はマイクロ化学チップ３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）の全体を押圧するばかりではなく、マイクロ化学チップ３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）の化学反応部（例えば、３２，３３，３４：図５参照）や熱電モジュールに対応した位置を直接押圧するようにするのが熱効率の観点から望ましい。
【００５５】
そこで、マイクロ化学チップの化学反応部や熱電モジュールに対応した位置を直接押圧できるようにしたチップ押圧部材を用いた実施例４のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｅを図２３〜図２４に基づいて以下に説明する。なお、図２３は実施例４のマイクロ化学チップ用温度制御装置に用いるチップ押圧部材に配置される反応部押圧部材を模式的に示す図であり、図２３（ａ）はその全体構成を模式的に示す下面図であり、図２３（ｂ）はその側面図である。図２４は温度調整ボードが装着され、これに図２３に示す反応部押圧部材が配置されたチップ押圧部材が装着された状態の実施例４のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｅを模式的に示す図である。なお、図２４において、図１および図２と同一符号は同一名称を表すので、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
本実施例４のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｅに用いられるチップ押圧部材１２ａは、マイクロ化学チップ３０（この場合、マイクロ化学チップ３０ａ，３０ｂ，３０ｃにおいても同様であるので、マイクロ化学チップ３０についてのみ説明することとする。）の化学反応部３２，３３，３４や熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）に対応した位置を直接押圧できるようにしたことを特徴とする。このため、当該チップ押圧部材１２ａ内に反応部押圧部材８０を収容して配置するようにしている。ここで、反応部押圧部材８０は、図２３（ａ）（ｂ）に示すように、チップ押圧部材１２ａの押圧部材設置部１２ａ−１（図２４参照）内の所定の位置に正確に固定するための固定ねじ孔８４，８４，８４，８４が設けられた本体部８１と、この本体部８１から突出して形成された押圧突起部８２と、この押圧突起部８２の上に配設されたシリコーンゴムなどからなる弾性体８３により構成されている。なお、反応部押圧部材８０は脱着可能であるので別の種類の反応部押圧部材にすぐに変更することが可能である。
【００５７】
この場合、本体部８１はアルミニウムなどの金属板により形成されており、この本体部８１より突出するように形成された略円錐台状の押圧突起部８２が接着剤により接着固定されている。なお、押圧突起部８２は熱伝導率が小さい材料（例えば、発泡ウレタン、ニトリルゴム、ガラスなど）により形成されている。そして、押圧突起部８２の上に略円柱状のシリコーンゴムなどからなる弾性体８３が接着剤により接着固定されている。この場合、押圧突起部８２は、マイクロ化学チップ３０の化学反応部３２，３３，３４（図５参照）や熱電モジュール２３ａ，２３ｂ，２３ｃに対応した位置を直接押圧できるように本体部８１の所定の位置に配設されている。
なお、反応部押圧部材８０のみではマイクロ化学チップ３０を十分に押圧できない場合は、チップ押圧部材１２ａと反応部押圧部材８０との間に所定の質量を有する加圧部材（例えば、金属板）を配置するようにするのが望ましい。
【００５８】
これにより、この反応部押圧部材８０がチップ押圧部材１２ａの押圧部材設置部１２ａ−１内の所定の位置に固定され、このチップ押圧部材１２ａがケース１１を覆うように配置されると、各押圧突起部８２の上に接着固定された弾性体８３は化学反応部３２，３３，３４を直接押圧する。このため、化学反応部３２，３３，３４は熱伝導体２４ａ，２４ｂ，２４ｃを介して熱電モジュール２３ａ，２３ｂ，２３ｃに密着されるようになる。
また、化学反応部３２，３３，３４はシリコーンゴムなどからなる弾性体８３により押圧されることとなるので、マイクロ化学チップ３０が傷つけられるのが防止できるとともに、押さえ高さのズレも防止できるようになる。この結果、上述した各実施例よりも精度良く化学反応部３２，３３，３４を温度制御することが可能になる。
【００５９】
５．実施例５
上述した各実施例においては、熱電モジュールを備えた温度調整ボードの上にマイクロ化学チップを載置し、これらの上部にチップ押圧部材を配置するようにした。ところが、温度調整ボードはマイクロ化学チップの下部に配置するのみでなく、チップ押圧部材に温度調整ボードの機能を有するようにして、温度調整ボードをマイクロ化学チップの上部にも配置するようにした方がより正確な温度制御を行わせる観点から望ましい。そこで、温度調整ボードの機能を有するようにしたチップ押圧部材を用いた実施例５のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｆを図２５〜図２６に基づいて以下に説明する。
【００６０】
なお、図２５は実施例５のマイクロ化学チップ用温度制御装置に用いるチップ押圧部材に配置される第２の温度調整ボードを模式的に示す図であり、図２５（ａ）はその全体構成を模式的に示す下面図であり、図２５（ｂ）はその要部を模式的に示す側面図である。図２６は、図２５に示す第２の温度調整ボードが配置されたチップ押圧部材が装着された状態の実施例５のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｆを模式的に示す図であり、図２６（ａ）は一部を破断した断面図であり、図２６（ｂ）は上面図である。なお、図２６において、図１および図２と同一符号は同一名称を表すので、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
本実施例５のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｆに用いられるチップ押圧部材１２ｂは、当該チップ押圧部材１２ｂ内に第２の温度調整ボード９０を収容して配置するようにしている。そして、第２の温度調整ボード９０に配設された熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）がマイクロ化学チップ３０（この場合、マイクロ化学チップ３０ａ，３０ｂ，３０ｃにおいても同様であるので、マイクロ化学チップ３０を用いた場合についてのみ説明することとする。）の化学反応部３２，３３，３４に対応する位置に配置されるようになされている。この場合、第２の温度調整ボード９０にはチップ押圧部材１２ｂに取り付けるための複数の取り付け穴９８が基板９１の四隅に形成されていて、チップ押圧部材１２ｂの所定の位置に正確に取り付けられるようになされている。
【００６２】
ここで、第２の温度調整ボード９０は、上述した実施例１のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ａの温度調整ボード２０と同様に、アルミニウム（あるいはアルミニウム合金）製の基板９１に形成された複数の位置決め用ガイド９２と、これらの複数の位置決め用ガイド９２の領域内に配設された熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）と、これらの熱電モジュールが発生した熱（温熱もしくは冷熱）をマイクロ化学チップ３０の化学反応部に速やかに伝達するためにその下部に配設された、例えば、銅、アルミニウムなどからなる熱伝導体９４（９４ａ，９４ｂ，９４ｃ）と、基板９１上に配設された温度制御素子用コネクタ９５とから構成される。
【００６３】
この場合、各熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）の配置位置は使用されるマイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）の位置に一致するように位置決めされる。また、熱伝導体９４（９４ａ，９４ｂ，９４ｃ）内には各熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）の温度を個々に正確に測定するための温度センサ（図示せず：例えば、サーミスタ、白金測温抵抗体、熱電対など）が埋め込まれている。そして、これらの温度センサ（図示せず）は各々配線９７（９７ａ，９７ｂ，９７ｃ）のいずれかに接続され、これらの配線９７（９７ａ，９７ｂ，９７ｃ）は温度制御素子用コネクタ９５の信号用端子のいずれかに接続されるようになされている。
【００６４】
また、熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）は各々配線９６（９６ａ，９６ｂ，９６ｃ）のいずれかに接続され、これらの配線９６（９６ａ，９６ｂ，９６ｃ）は温度制御素子用コネクタ９５の電源用端子のいずれかに接続されるようになされている。なお、基板９１上への熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）の接合、および熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）上への熱伝導体９４（９４ａ，９４ｂ，９４ｃ）の接合は、接着剤（例えば、フィラー入りエポキシ接着剤やシリコーン系接着剤が好ましい）を用いてもよいし、ハンダを用いてもよい。
【００６５】
そして、熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）の一方の端部を冷却側としたり発熱側としたりして温度調整を行うためには、熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）の他方の端部で十分に熱交換できるようにする必要がある。このため、第２の温度調整ボード９０の基板９１の上に多数の放熱フィン９２ａが形成されたヒートシンク９２が配置されて、基板９１にヒートシンク９２がねじ止めにより固定されていて、ヒートシンク９２は基板９１に対して脱着可能に取り付けられている。なお、放熱フィン９２ａの上に電動ファン（図示せず）を設けるようにしてもよい。この場合、制御部１５より延出して本体側コネクタ１５ｆが接続されていて、この本体側コネクタ１５ｆが温度制御素子用コネクタ９５に接続されるようになされる。
【００６６】
そして、温度調整ボード２０に設けられた温度制御素子用コネクタ２５と本体側コネクタ１５ｅとを接続した後、位置決め用ガイド２２の領域内にマイクロ化学チップ３０を配置する。ついで、第２の温度調整ボード９０に設けられた温度制御素子用コネクタ９５と本体側コネクタ１５ｆとを接続した後、ケース１１の上にチップ押圧部材１２ｂを被せて、温度調整ボード２０の上に搭載されたマイクロ化学チップ３０を押圧して、マイクロ化学チップ３０を熱伝導体２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）および熱伝導体９４（９４ａ，９４ｂ，９４ｃ）に密着させる。
【００６７】
ついで、電源部１５ｄを操作して電源を投入するとともに、操作部１５ｃを操作して設定温度を調整する。これにより、熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）および熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）に操作部１５ｃでの設定値に基づく電流が流れるようになって、マイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）を加熱したり冷却することにより、化学反応部の温度を一定に調整することが可能となる。
【００６８】
本実施例５においては、マイクロ化学チップ３０の下部に配置された温度調整ボード２０と、マイクロ化学チップ３０の上部に配置された第２の温度調整ボード９０とによりマイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）が温度制御されるようになる。これにより、マイクロ化学チップ３０の化学反応部（例えば、図５の符号３２，３３，３４参照）は熱電モジュール９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）および熱電モジュール２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）により上下から温度制御されることとなるため、正確な温度制御が可能となる。
【００６９】
６．実施例６
上述した各実施例においては、制御装置本体１０と制御部１５とを同一のケース１１内に配置する例について説明した。ところが、制御部と制御装置本体とを別々に配置するようにした方が制御装置の小形化や自由度の観点からすると望ましい。そこで、制御部と制御装置本体とをそれぞれ別々の筐体に収容して別々に配置するようにした実施例６のマイクロ化学チップ用温度制御装置１００を図２７に基づいて以下に説明する。なお、図２７は実施例６のマイクロ化学チップ用温度制御装置１００の全体構成を模式的に示す側面図である。
【００７０】
本実施例６のマイクロ化学チップ用温度制御装置１００は、図２７に示すように、制御装置本体１１０と、この制御装置本体１１０に収容された温度調整ボード１１４に配設された熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）等を制御する制御部（コントローラ）１２０と、これらの制御装置本体１１０と制御部（コントローラ）１２０とを電気的に接続する接続コード部１４０とから構成される。
【００７１】
制御装置本体１１０は、ケース１１１と、このケース１１１を覆うチップ押圧部材１１２と、マイクロ化学チップ１３０の化学反応部が所定の温度になるように温度調整する温度調整ボード１１４と、この温度調整ボード１１４を載置するとともにヒートシンクとなる載置台１１７と、この載置台１１７を冷却する電動ファン１１８とから構成され、これらの載置台１１７と電動ファン１１８とがケース１１１内の所定の位置に配置されている。ここで、ケース１１１を覆うチップ押圧部材１１２は、温度調整ボード１１４の上に搭載されたマイクロ化学チップ１３０を押圧して、温度調整ボード１１４に配設された熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）およびその上部に配置された熱伝導体１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ）とマイクロ化学チップ１３０との接触が良好になるようになされている。
【００７２】
載置台１１７は温度調整ボード１１４のヒートシンクとなるために、熱伝導性が良好なアルミニウムあるいはアルミニウム合金により形成されており、その放熱性（廃熱性）を良好にするために下部に多数の放熱フィン１１７ａが形成されている。この場合、一層の放熱性（廃熱性）を良好にするために、上述した実施例１と同様に放熱フィン１１７ａの真下に電動ファン１１８，１１８を配置するのが望ましい。また、載置台１１７と温度調整ボード１１４との間にヒートシートやグリスを介在させて、この間の熱抵抗を下げるようにするのが望ましい。また、熱伝導体１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ）の表面にマイクロ化学チップ１３０との接触を良好にするためのヒートシートやグリスを介在させて、この間の熱抵抗を下げるようにするのが望ましい。
【００７３】
各熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）の配置位置は使用されるマイクロ化学チップ１３０の化学反応部の位置に一致するように位置決めされている。また、熱伝導体１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ）内には各熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）の温度を個々に正確に測定するための温度センサ（図示せず：例えば、サーミスタ、白金測温抵抗体、熱電対など）が埋め込まれている。そして、これらの温度センサ（図示せず）は温度制御素子用コネクタ１１９の信号用端子のいずれかに接続されるようになされている。
【００７４】
また、熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）は温度制御素子用コネクタ１１９の電源用端子のいずれかに接続されるようになされている。なお、温度調整ボード１１４の基板１１４ａ上への熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）の接合、および熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）上への熱伝導体１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ）の接合は、接着剤（例えば、フィラー入りエポキシ接着剤やシリコーン系接着剤が好ましい）を用いてもよいし、ハンダを用いてもよい。
【００７５】
制御部（コントローラ）１２０は、制御回路部１２１と、表示部１２２と、操作部１２３と、電源部１２４と、コネクタ１２５とから構成される。そして、制御回路部１２１は、温度調整ボード１１４の熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）の上に配設された熱伝導体１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ）内に埋め込まれた個々の温度センサ（図示せず）からの出力信号に基づいて、個々の熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）の温度が予め設定された温度になるように個々の熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）に流す電流の向きや電流量の制御（この場合は、フィードバック制御で、例えば、温度調整を行う際に一般的に用いられるＰＩＤ制御が行われる）を行うようになされている。このような制御を行うことよって、測定温度が設定温度に対して所定の温度範囲（例えば、±０．１℃）に収まるようになされている。
【００７６】
表示部１２２は制御回路部１２１に接続されていて、リアルタイムでの測定温度と設定温度とを表示するようになされている。操作部１２３は温度調整ボード１１４に配設された各熱電モジュール１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）の設定温度を独立して設定したり、変更できるようになされており、このための操作つまみが配設されている。電源部１２４は外部より供給された商用電源電圧を所望の直流電圧などに変換して、制御回路部１２１に供給するようになされている。コネクタ１２５は接続コード部１４０を介して温度調整ボード１１４に配設された温度制御素子用コネクタ１１９に接続されるようになされている。
【００７７】
接続コード部１４０は、制御部（コントローラ）１２０のコネクタ１２５に接続されるコネクタ１４１と、温度調整ボード１１４に配設された温度制御素子用コネクタ１１９に接続されるコネクタ１４２と、接続コード１４３とを備えていて、これらの両コネクタ１２５,１１９間を接続するようになされている。
これにより、制御部（コントローラ）１２０と制御装置本体１１０とを別々に配置することが可能となり、制御装置を小形化することが可能になるとともに、制御装置本体１１０の設置位置の自由度や、制御部（コントローラ）１２０の配置位置の自由度が増すこととなる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
上述した実施形態においては、温度制御装置本体の上にチップ押圧部材を載置してマイクロ化学チップ全体を覆うようにしているが、マイクロ化学チップにポンプ等を設ける場合は、マイクロ化学チップの一部をチップ押圧部材で覆うようにした方がよい場合がある。このように場合においては、マイクロ化学チップの一部をチップ押圧部材で覆うようするのが望ましい。
また、上述した実施形態においては、温度調整ボードの材質として熱伝導性が高く、かつ軽量なアルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いる例について説明したが、アルミニウムやアルミニウム合金以外に、銅や銅合金などの金属、あるいはアルミナや窒化アルミナなどのセラミックスなどの熱伝導性が良好な材質であれば、温度調整ボードの材質として好適である。
なお、本発明の温度制御装置においては、マイクロ化学チップの化学反応部の生成物の解析を行う分析機構を付属させるようにしてもよい。あるいは、分析機器の中に本発明の温度制御装置を組み込むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施例１のマイクロ化学チップ用温度制御装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の温度制御装置にマイクロ化学チップを装着した状態を模式的に示す図である。
【図３】図１の温度制御装置に用いる温度調整ボードを模式的に示す図であり、図３（ａ）はその全体構成を模式的に示す上面図であり、図３（ｂ）はその要部を模式的に示す側面図である。
【図４】図３の温度調整ボードに用いられる熱電モジュールを模式的に示す断面図である。
【図５】図３の温度調整ボードにマイクロ化学チップを搭載した状態を示す上面図である。
【図６】実施例１の変形例１のマイクロ化学チップを模式的に示す上面図である。
【図７】図６のマイクロ化学チップを搭載する実施例１の変形例１の温度調整ボードの全体構成を模式的に示す図である。
【図８】実施例１の変形例２のマイクロ化学チップを模式的に示す上面図である。
【図９】図８のマイクロ化学チップを搭載する実施例１の変形例２の温度調整ボードの全体構成を模式的に示す図である。
【図１０】実施例１の変形例３のマイクロ化学チップを模式的に示す上面図である。
【図１１】本発明の実施例２のマイクロ化学チップ用温度制御装置に用いる温度調整ボードを模式的に示す図であり、図１１（ａ）はその全体構成を模式的に示す上面図であり、図１１（ｂ）はその要部を模式的に示す側面図である。
【図１２】図１１の温度調整ボードにマイクロ化学チップを載置した状態を示す上面図である。
【図１３】温度調整ボードが未装着状態の実施例２のマイクロ化学チップ用温度制御装置を模式的に示す図である。
【図１４】図１３のマイクロ化学チップ用温度制御装置にマイクロ化学チップが搭載された温度調整ボードが装着された状態を模式的に示す図である。
【図１５】本発明の実施例３のマイクロ化学チップ用温度制御装置に用いる温度調整ボードを模式的に示す図であり、図１５（ａ）はその全体構成を模式的に示す上面図であり、図１５（ｂ）はその要部を模式的に示す側面図である。
【図１６】温度調整ボードが未装着状態の実施例３のマイクロ化学チップ用温度制御装置を模式的に示す図である。
【図１７】図１６のマイクロ化学チップ用温度制御装置にマイクロ化学チップが搭載された温度調整ボードが装着された状態を模式的に示す図である。
【図１８】電動ファン用のコネクタが別途設けられた制御装置本体にチップ押圧部材を装着した状態を模式的に示す図である。
【図１９】図１８の温度制御装置本体に実施例１の温度調整ボードを装着し、これにチップ押圧部材を装着して構成されたマイクロ化学チップ用温度制御装置を模式的に示す図である。
【図２０】図１８の温度制御装置本体に実施例２の温度調整ボードを装着し、これにチップ押圧部材を装着して構成されたマイクロ化学チップ用温度制御装置を模式的に示す図である。
【図２１】図１８の温度制御装置本体に実施例３の温度調整ボードを装着し、これにチップ押圧部材を装着して構成されたマイクロ化学チップ用温度制御装置を模式的に示す図である。
【図２２】水冷システムが設けられた温度制御装置本体にチップ押圧部材を装着して構成されたマイクロ化学チップ用温度制御装置を模式的に示す図である。
【図２３】実施例４のマイクロ化学チップ用温度制御装置に用いるチップ押圧部材に配置される反応部押圧部材を模式的に示す図であり、図２３（ａ）はその全体構成を模式的に示す下面図であり、図２３（ｂ）はその側面図である。
【図２４】図２３に示す反応部押圧部材が配置されたチップ押圧部材が装着された状態の実施例４のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｅを模式的に示す図である。
【図２５】実施例５のマイクロ化学チップ用温度制御装置に用いるチップ押圧部材に配置される第２の温度調整ボードを模式的に示す図であり、図２５（ａ）はその全体構成を模式的に示す下面図であり、図２５（ｂ）はその要部を模式的に示す側面図である。
【図２６】図２５に示す第２の温度調整ボードが配置されたチップ押圧部材が装着された状態の実施例５のマイクロ化学チップ用温度制御装置Ｆを模式的に示す図であり、図２６（ａ）は一部を破断した断面図であり、図２６（ｂ）は上面図である。
【図２７】実施例６のマイクロ化学チップ用温度制御装置１００の全体構成を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０…制御装置本体、１１…ケース、１２…チップ押圧部材、１３…載置台、１３ａ…放熱フィン、１４…電動ファン、１５…制御部、１５ａ…制御回路部、１５ｂ…表示部、１５ｃ…操作部、１５ｄ…電源部、１５ｅ…本体側コネクタ、２０…温度調整ボード、２１…基板、２２…位置決め用ガイド、２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）…熱電モジュール、２３ａ−１…上基板、２３ａ−２…電極パターン（導電層）、２３ａ−３…下基板、２３ａ−４…電極パターン（導電層）、２３ａ−５…Ｐ型半導体化合物素子、２３ａ−６…Ｎ型半導体化合物素子、２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）…熱伝導体、２５…温度制御素子用コネクタ、２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ）…配線、２７（２７ａ，２７ｂ，２７ｃ）…配線、２８…取り付け穴、３０…マイクロ化学チップ、３１…チップ基板、３２，３３，３４…化学反応部、３５…流路、３０ａ…マイクロ化学チップ、３１ａ…チップ基板、３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ…化学反応部、３６ａ…流路、３０ｂ…マイクロ化学チップ、３１ｂ…チップ基板、３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ，３５ｂ…化学反応部、３６ｂ…流路、３０ｃ…マイクロ化学チップ、３１ｃ…チップ基板、３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ，３５ｃ…化学反応部、４０…温度調整ボード、４２…位置決め用ガイド、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ…熱電モジュール、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ…熱伝導体、４５…温度制御素子用コネクタ、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ…配線、４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ…配線、５０…温度調整ボード、５２…位置決め用ガイド、５３ａ，５３ｂ，５３ｄ…熱電モジュール、５３ｃ…ヒータ、５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ…熱伝導体、５５…温度制御素子用コネクタ、５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ…配線、５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ…配線、６０…温度調整ボード、６１…基板、６１ａ…放熱フィン、６２…位置決め用ガイド、６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）…熱電モジュール、６４（６４ａ，６４ｂ，６４ｃ）…熱伝導体、６５…温度制御素子用コネクタ、６６（６６ａ，６６ｂ，６６ｃ）…配線、６７（６７ａ，６７ｂ，６７ｃ）…配線、６８…取り付け穴、７０…温度調整ボード、７１…基板、７１ａ…放熱フィン、７１ｂ…電動ファン、７２…位置決め用ガイド、７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）…熱電モジュール、７４（７４ａ，７４ｂ，７４ｃ）…熱伝導体、７５…温度制御素子用コネクタ、７６（７６ａ，７６ｂ，７６ｃ）…配線、７７（７７ａ，７７ｂ，７７ｃ）…配線、７８…取り付け穴、１２ａ…実施例４のチップ押圧部材、１２ａ−１…押圧部材設置部、８０…反応部押圧部材、８１…本体部、８２…突起部、８３…弾性体、８４…固定ねじ孔、１２ｂ…実施例５のチップ押圧部材、９０…第２の温度調整ボード、９１…基板、９２…位置決め用ガイド、９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ）…熱電モジュール、９４（９４ａ，９４ｂ，９４ｃ）…熱伝導体、９６（９６ａ，９６ｂ，９６ｃ）…配線、９７（９７ａ，９７ｂ，９７ｃ）…配線、９８…取り付け穴、１００…実施例６のマイクロ化学チップ用温度制御装置、１１０…制御装置本体、１１１…ケース、１１２…チップ押圧部材、１１４…温度調整ボード、１１４ａ…基板、１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）…熱電モジュール、１１６（１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ）…熱伝導体、１１７…載置台、１１７ａ…放熱フィン、１１８…電動ファン、１１９…温度制御素子用コネクタ、１２０…制御部（コントローラ）、１２１…制御回路部、１２２…表示部、１２３…操作部、１２４…電源部、１２５コネクタ、１３０…マイクロ化学チップ、１４０…接続コード部、１４１，１４２…コネクタ、１４３…接続コード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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